Silicij: primjena, kemijska i fizikalna svojstva

Jedan od najčešćih elemenata u prirodi - to je silicij, ili silikon. Takva široka raspodjela ukazuje na važnost i značaj tog pitanja. To se može brzo shvatili i naučili ljude koji su naučili kako iskoristiti silicija. Njegova uporaba je na temelju posebnih svojstava, od kojih ćemo razgovarati dalje.

Silicij - kemijski element

Ako vam dati opis ove točke o stanju u periodnom sustavu, moguće je utvrditi sljedeće važne točke:

1. Serijski broj - 14.
2. Razdoblje - treća mala.
3. Grupa - IV.
4. Podgrupa - kući.
5. Struktura vanjske ljuske elektrona se izražava formulom ² 3s 3p ^2.
6. Kemijski element silicij Si je označen simbol koji je izrečena kao „silicijev”.
7. Oksidacijsko stanje koje se pokazuje: -4; +2; 4.
8. Valencija atoma je IV.
9. Silicij atomska masa je 28,086.
10. U prirodi postoje tri stabilna izotopa elementa s masovnim brojevima 28, 29 i 30.

Tako, atomi silicija s kemijskog stanovišta - element dovoljno proučio, opisuje niz različitih svojstava.

Povijest otkrića

Od same prirode popularne i masovne sadržaj je različita spoja elementa, od davnina, ljudi su se znati o svojstvima i imenima mnogih od njih. Čisti silicij dugo je ostao izvan granica ljudskog znanja u kemiji.

Najpopularniji spojevi, koji su korišteni u domaćim i industrijskim zemljama drevne kulture (Egipćani, Rimljani, Kinezi rusichi, perzijski i drugi) su dragocjeni i poludragog kamenja temelji na silikon-oksida. Oni uključuju:

• opal;
• stijena kristala;
• topaz;
• krizopraza;
• oniks;
• kalcedona i drugi.

Također je iskoristio staru kvarca i kvarcnog pijeska u građevinarstvu. Međutim, elementarna silicija ostala neriješena sve do XIX stoljeća, iako su mnogi znanstvenici uzalud bi se razlikovao od različitih spojeva, korištenjem i katalizatore i visoke temperature, pa čak i električne energije. To su svijetle misli, kao što su:

• Carl Scheele;
• Gay-Lussac;
• Tenar;
• Gemfri Devi;
• Antuan Lavuaze.

Provesti uspješno dobivanje čistog silicijevog uspjeli Jens Jacobs Berzelius 1823.. Za to je proveo iskustvo fluorida pare legiranje silicija i metalni kalij. Kao rezultat toga, amorfna modifikacija elementa. Isti znanstvenici su pozvani na latinskom nazivu za otvorenu atoma.

Ipak kasnije, 1855., još jedan znanstvenik - St. Claire Deville - uspio sintetizirati različite allotropes - kristalnog silicija. Od poznavanja tog elementa i njegovih svojstava postao vrlo brzo obnavlja. Ljudi su shvatili da ima jedinstvene značajke koje bi mogle vrlo dobro iskoristiti za vlastite potrebe. Dakle, danas je jedan od najtraženijih stavki u elektroniku i tehnologije - je silicij. Njegova uporaba širi samo svoje granice svake godine.

Ruski ime dano atom znanstvenik Hess 1831. To je to i zaglavi do današnjeg dana.

Sadržaj u prirodi

Prevalencije u prirodi, silicij je samo kisik drugi. Njezin postotak u usporedbi s drugim atomima koji se sastoji od kore - 29,5%. Dodatno, ugljik i silicij - dva posebna element koji može tvoriti sklop povezuje jedan s drugim. Zato jer posljednji su više od 400 različitih prirodnih minerala, u sklopu koje je pronašao u litosfere, hidrosfere i biomase.

Gdje se točno sadržano silicij?

1. U dubljim slojevima tla.
2. Stijena, rezervoari i polja.
3. Na dnu tijela vode, osobito mora i oceana.
4. U biljaka i morskog života u životinjskom carstvu.
5. Kod ljudi i kopnene životinje.

Možete označiti neke od najčešćih minerala i stijena kao dio koji je prisutan u velikim količinama silicija. Kemikalija im je tako da se sadržaj težina čiste elementa njoj dosegne 75%. Međutim, točan broj ovisi o vrstama materijala. Dakle, stijena i minerala sa silikonskom sadržaja:

• Feldspati;
• mica;
• amfiboli;
• opals;
• kalcedona;
• silikati;
• pješčenjaci;
• aluminijski silikati;
• glina i drugi.

Nagomilavanja u školjki i morskih životinja egzoskeletom, silicij kraju formira jake silika naslage na dnu bara. To je jedan od prirodnih izvora tog elementa.

Nadalje, nađeno je da mogu postojati u Silicijev čistom nativnom obliku - u obliku kristala. Ali takvi depoziti su vrlo rijetke.

Fizikalna svojstva silicija

Ako vam dati karakterizaciju element skupa fizikalnih i kemijskih svojstava, prije svega, potrebno je odrediti fizikalne parametre. Ovdje su neke osnovne:

1. Ona postoji u dva allotropic modifikacije - amorfnih i kristalnih, koje se razlikuju u svim svojstvima.
2. Kristalna rešetka je vrlo slična onoj od dijamanta, jer ugljik i silicij u tom pogledu su gotovo identični. Međutim, udaljenost između atoma različite (i više od toga od silicija), dakle dijamant mnogo teže i jače. rešetka tipa - plošno-centrirani kubični.
3. Proizvod je vrlo krhki, postaje plastike na visokim temperaturama.
4. Temperatura taljenja je 1415˚S.
5. Točka ključanja - 3250˚S.
6. Gustoća tvar - 2,33 g / ^cm3.
7. Boja veze - srebrna siva, izrazio je karakterističan metalni sjaj.
8. Ona ima dobre teme: koje su u stanju razlikovati s dodatkom raznih agenata.
9. Netopljiv u vodi, organska otapala i kiseline.
10. Posebno topljiva u lužinama.

Pogledajte fizikalnih svojstava silicija omogućiti ljudima da ga upravljati i koristiti ga za stvaranje raznih proizvoda. Na primjer, svojstva temelje se na upotrebi semiconductivity čistih silicija elektronike.

kemijska svojstva

Kemijska svojstva silicija jako ovise o uvjetima reakcije. Ako govorimo o slobodnoj tvari pri standardnim postavkama, morate navesti vrlo nisku aktivnost. I kristalni silicij i amorfni vrlo inertna. Ne stupaju u interakciju s bilo jakim oksidansima (osim fluora), ili s jakim redukcijskim sredstvima.

To je zbog činjenice da je površina oksidnog sloja materijala _SiO2 nastaje odmah, što sprječava daljnje interakcije. To je u mogućnosti da se formira pod utjecajem vode, zraka i para.

Ako standardni uvjeti promijeniti i učiniti grijanjem silicija na temperaturi iznad 400s, njegova reaktivnost će jako povećati. U ovom slučaju, to će reagirati s:

• kisik;
• sve vrste halogen;
• vodik.

S daljnjim porastom temperature, formiranje proizvoda reakcijom s bor, dušika i ugljika. Od posebne važnosti je silicij karbida - SiC, jer je dobar abrazivni materijal.

Također, kemijska svojstva silicija jasno se vidi u reakcijama s metalima. Protiv njih je oksidans, tako da proizvodi se nazivaju silicide. Takvi spojevi su poznati:

• alkalni;
• alkalni;
• prijelazni metali.

Spoj je neobična svojstva dobivenih kada legiranje željeza i silicija. Ona nosi ime Ferrosilicon keramike i uspješno primjenjuje u industriji.

Uz složene tvari reagira silikon ne uđe, tako da sve svoje vrste koji mogu otopiti samo:

• zlatotropkom (smjesa dušične i klorovodične kiseline);
• kaustične lužine.

Tako se temperatura otopine ne bi trebao biti manji od 60 ° C Sve to potvrđuje fizički temelj materijal - dijamant-stabilne kristalne rešetke, dajući mu snagu i inertnost.

Metode za pripremu

Priprava silicija u čistom obliku - proces je vrlo skupo ekonomično. Nadalje, na temelju svojih svojstava bilo metodom daje samo 90-99% čist proizvod, dok su nečistoće u obliku metala i ugljika ostaju i dalje. Dakle, samo se stvari nije dovoljno. To također treba kvalitativno jasno od stranih elemenata.

Općenito, proizvodnja silicija provodi se na dva glavna načina:

1. Bijeli pijesak, koji je čisti silicijevog oksida _SiO2. se kalciniranje s aktivnim metala (obično magnezija) formiran slobodan element u obliku amorfne modifikacije. Čistoća ovog postupka je visoka, produkt je dobiven u iskorištenju od 99,9 posto.
2. Češći način na industrijskoj razini - talina sinteriranje pijeska sa koks u specijaliziranim toplinskih pećima. Ova metoda je razvijena od strane ruskih znanstvenika Beketovym N. N.

Daljnja obrada je izloženost čišćenje proizvode metode. Za ovu svrhu, kiseline ili halogena (klora, fluora).

amorfni silicij

Silicij obilježje će biti nepotpun ako ne bismo uzeli u obzir odvojeno jedni od njegovih allotropic izmjenama. Prvi od njih - je amorfan. U tom stanju, smatra kontakt materijala je smeđi prah smeđa, fino raspršena. Jako higroskopan, to pokazuje dovoljno visoku reaktivnost nakon zagrijavanja. Pod standardnim uvjetima, može komunicirati samo s najjačim za oksidaciju - fluorom.

Zove amorfni silicij je vrsta kristala nije potpuno ispravan. Njegova rešetka pokazuje da tvar - oblik je fino podijeljenog silicija postoji u obliku kristala. Stoga, kao takve, ove promjene - jedan te isti spoj.

Međutim, njihova svojstva razlikuju, pa govoriti o allotropes. Po sebi, da je amorfni silicij ima visoku sposobnost svetopoglotitelnoy. Osim toga, pod određenim okolnostima, ovaj pokazatelj je puno brže nego iz sličnog kristalnom obliku. Stoga se koristi u industrijske svrhe. U tom je obliku (prah) spoja lako se nanosi na bilo koju površinu, bilo da je plastika ili staklo. Stoga je pogodan za upotrebu je amorfni silicij. Zahtjev se temelji na proizvodnji solarnih ćelija različitih veličina.

Iako trošenje baterije ovog tipa vrlo brzo, s obzirom na abrazije tankog materijala u filmu, ali korištenja i potražnje je samo raste. Uostalom, čak i na kratko vijek trajanja solarnih ćelija na bazi amorfnog silicija u mogućnosti pružiti energiju za cijeli poduzeća. Osim toga, proizvodnja takvog materijala bez otpada, što ga čini vrlo ekonomičan.

Pripraviti redukcijom spojeva modifikacije aktivnog metala, na primjer natrij ili magnezij.

kristalni silicij

Sjajna srebrni modifikacija elementa. To je taj oblik je najčešći i najpopularniji. To se objašnjava skupom kvalitativnih svojstava posjeduju tvari.

Karakteristike silicij kristalne rešetke uključuje njegove vrste klasifikacije, kao što su neke od njih:

1. Elektronička kvaliteta - najčišći i većina visoko. To je vrsta koristi u elektronici izgraditi visoko osjetljive instrumente.
2. Solarna stupanj. Sam naziv definira područje primjene. To je također prilično visoke čistoće silicij, čije je korištenje potrebno je stvoriti visoke kvalitete i dugo trčanje solarni paneli. Optički pretvarači koji se temelje na kristalnoj strukturi je kvalitetnije i otporan na habanje od onih izrađenih pomoću amorfnog modifikacije prskanja na razne vrste supstrata.
3. Tehnički silicij. U ovoj vrsti tvari uključene su one uzorke koji sadrže oko 98% čisti element. Sve ostalo ide na razne vrste nečistoća:

• bor;
• aluminij;
• klor;
• ugljik;
• fosfora i drugih.

Potonji vrsta tvari u pitanju se koristi za dobivanje silicijskih polycrystals. Da biste to učinili, provesti proces rekristalizacije. Prema tome, čistoća dobivena tim proizvodima, što se može pripisati skupina solarne i elektronske kvalitete.

Prema prirodi polisilikonski - to je između amorfne i kristalne modifikacije. Uz takva cjelina je lakše raditi, bolje je da se reciklirati i čišćenje fluor i klor.

Proizvodi koji su rezultat može se kategorizirati na sljedeći način:

• multisilicon;
• monokristalni;
• oblikovani kristali;
• silicij otpaci;
• Tehnički silicij;
• proizvodnja otpada u obliku fragmenata i ostataka materijala.

Svaki od njih se koristi u industriji i koristi od strane osoba u potpunosti. Dakle, proizvodni procesi, na siliciju, smatraju ne-otpad. Time se značajno smanjuje njegovu ekonomsku vrijednost, bez utjecaja na kvalitetu.

Upotrebom čistog silicij

silicij prerađivačkoj industriji je dobro uspostavljena, a skala je vrlo prostran. To je zbog činjenice da je element kao prazan, te u obliku različitih spojeva, je široko rasprostranjena i potražnje u raznim područjima znanosti i tehnologije.

Gdje se koristi kristalni i amorfnog silicija u svom najčišćem obliku?

1. U metalurgiji kao legirajućih toga, sposobnost za promjenu svojstva metala i njihovih legura. Dakle, ona se koristi u topljenje čelika i lijevanog željeza.
2. Različite vrste tvari ostavljajući ostvarenje proizvodnju filtra - polisilikonski.
3. Silicijevih spojeva s organskom tvari - je kemijska industrija, koja je bila osobito popularna i danas. Silikonski materijali koriste se u medicini, za proizvodnju pribora, alata i još mnogo toga.
4. Proizvodnja različitih solarnih panela. Ova metoda dobivanja energije je jedan od najviše obećava u budućnosti. Eco-friendly, ekonomičan i dobro podnosi opterećenja - glavne prednosti takvog električne energije.
5. Silicij upaljači koji se koriste za jako dugo vremena. Čak iu davna vremena ljudi su koristili kremen iskru za paljenje vatre. Ovo načelo je osnova za proizvodnju različitih vrsta upaljača. Danas postoje vrste u kojima je kremen zamijeni legure određenog sastava, što daje brži rezultati (iskrenje).
6. Elektronika i solarna energija.
7. Proizvodnja zerkalets u plinski laser uređaja.

Dakle, čisti silicij ima puno korisnih i posebna svojstva koja omogućuju da ga koristiti za stvaranje važnih i potrebnih proizvoda.

Upotreba silikonskih spojeva

Pored jednostavne supstance su korišteni različiti i silikonske spojeve koji su vrlo široko. Tu je cijela industrija koja se zove silikata. Ona se temelji na korištenju različitih tvari, među kojima su ovaj strašan stavku. Koja je veza i da se proizvode?

1. Kvarcni pijesak ili rijeka - _SiO2. To se koristi za proizvodnju zgrade i dekorativnih materijala, kao što su cement i stakla. Uporaba takvih sredstava je dobro poznata. Nijedan od konstrukcije nije bez komponente podataka, što potvrđuje važnost silicijevih spojeva.
2. Silikatne keramike, što uključuje materijale kao što su zemljani, porculana, cigle i proizvoda na temelju njih. Ove komponente se koriste u medicini, u proizvodnji posuđa, ukrasa, kućanskih predmeta, izgradnju i drugih domaćih područjima ljudske djelatnosti.
3. Silikonski spojevi, - silikonska silika, silikonsko ulje.
4. Silikat ljepilo - koristi se kao ured, u pirotehnike i izgradnji.

Silicij, čija cijena varira na svjetskom tržištu, ali ne prelaze dolje trag od 100 ruskih rubalja po kilogramu (kristala) je popularan i vrijedne tvari. Naravno, spojevi ovog elementa, kao i široko primjenjive.

Biološka uloga silicija

U pogledu značaja za tijelo silicija bez značaja. Njegov sadržaj i distribuciju tkiva je kako slijedi:

• 0.002% - mišića;
• 0.000017% - kosti;
• Krv - 3,9 mg / l.

Svaki dan bi trebao pasti u oko jedan gram silikona, ili će se razviti bolest. Smrtonosna nije među njima, međutim produžiti izgladnjivanje silicij dovodi do:

• gubitak kose;
• pojava akni i prištića;
• krhkost i lomljivost kostiju;
• propusnost svjetla kapilara;
• umor i glavobolja;
• pojava brojnih modrica i modrica.

Za biljke, silicij - bitan element u tragovima koji su potrebni za normalan rast i razvoj. Ispitivanja na životinjama pokazala su da su oni pojedinci rastu i bolje, koji svakodnevno konzumiraju dovoljnu količinu silicija.